一种航空航天用高强高抗应力腐蚀铝合金及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种航空航天用高强高抗应力腐蚀铝合金，属于铝合金材料领域。
【背景技术】
[0002]铝合金材料具有密度小，比强度高，比刚度高，弹性好，抗冲击性能良好、耐腐蚀，高导电，高导热，易表面着色，易加工，可回收再生等优良特性，广泛应用于交通运输、建筑装饰、航空航天、机械电器、电子通讯、能源动力等行业。尤其在航空航天工业中，铝合金材料是首选的轻量化结构材料，因此用量非常大，同时航空航天工业对铝合金材料的性能要求也较苛刻。目前航空航天铝合金的研究开发目标已由过去单纯追求高强度转变为材料综合性能的整体提升，即在提高铝合金机械强度的同时进一步提高合金的抗应力腐蚀性能，从而延长铝合金的使用寿命和扩大铝合金的应用范围。
【发明内容】
[0003]本发明的目的在于提供一种不仅具有高强度，还具有优异的抗应力腐蚀性能的航空航天用高强高抗应力腐蚀铝合金及其制备方法。
[0004]为实现上述目的，本发明采用如下技术方案:
一种航空航天用高强高抗应力腐蚀铝合金，由以下重量百分比的元素组成:Zn7.5-9.5, Mg 1.9-2.7, Cu 1.2-1.8, Mn 0.4-0.8, Cr 0.3-0.6, Li 0.25-0.45, Nb 0.1-0.2,Fe 0.04-0.08, Si 0.03-0.05,Zr 0.06-0.12, In 0.05-0.UHf 0.05-0.UV 0.04-0.08,Bi0.025-0.035、Nd 0.02-0.03, Tb 0.01-0.02，余量为 Al。
[0005]一种航空航天用高强高抗应力腐蚀铝合金的制备方法，包括以下步骤:按上述元素组成进行配料，将炉料依次投入熔炼炉中在730-760°C下进行熔炼，待金属完全熔化后调整温度为715-735°C，加入精炼剂精炼20-30min，扒渣后静置20_30min，将合金液体直接浇入铸型中铸造得到合金铸锭；将所得的铸锭以150-200°C /h升温至360-400°C，保温3-6h，再以60-80 V /h降温至220-260 °C，保温2_3h，然后以80-100 V /h升温至380-420°C，保温 3-6h，再以 50_70°C /h 降温至 250-280°C，保温 2_3h，然后以 100_150°C /h 升温至 495-515°C，保温 5_10h，再以 120_160°C /h 降温至 210_240°C，保温 2_3h，然后以 100-150°C /h 升温至 470-490°C，保温 4_8h，再以 80_120°C /h 降温至 240-260°C，保温3_4h，然后放入0-5°C冰盐水中水淬至50°C以下；取出合金以40-50°C /h升温至85_95°C，保温14-18h，再以50-60°C /h升温至190-210°C，保温10_15h，再以45-55°C /h降温至95-105°C，保温12-16h，空冷至室温，然后以80-90°C /h升温至160_180°C，保温10_15h，再以40-50°C /h降温至80-90°C，保温15_20h，空冷至室温，然后以40_50°C /h升温至75-85°C，保温15-20h，再以50_60°C /h升温至175_195°C，保温10_15h，空冷至室温即可。
[0006]所述精炼剂的制备方法如下:a.称取以下重量份的原料:氯化钠10-15、氯化钾5-10、碳酸钠3-6、氟化镁4-8、氟娃酸钠3-6、赤泥5-10、草木灰2_4、冰晶石8_12、白云石5-10、硅藻土 4-8、重晶石5-10 ；b.将上述冰晶石、白云石、硅藻土、重晶石混合均匀，粉碎过200-300目筛，然后加入适量的水湿法球磨12-24h，110_120°C干燥l_2h，再在760_820°C煅烧20-30min，升温至1200-1250°C继续煅烧l_2h，水淬，湿法球磨，烘干，过200-300目筛，待用；c.将氯化钠和氯化钾混合均匀，加热至810-840°C，待其全部熔融后，加入其余原料以及步骤b制得的粉末，搅拌20-30min，然后倒入冰水中冷淬，得到破碎的颗粒，湿法球磨，烘干，过200-300目筛即可。
[0007]本发明的有益效果:
本发明通过合理调整Zn、Mg的含量,添加适量的Zr、In、Cr、Nd、Tb等元素，形成多元铝化物弥散相，有效抑制Al-Zn-Mg-Cu合金的再结晶，保持形变回复组织，显著提高合金的强度、断裂韧性和抗应力腐蚀性能。本发明制得的铝合金材料不仅具有很高的强度和韧性，还具有优异的抗应力腐蚀性和耐疲劳性，延长了铝合金的使用寿命，拓宽了铝合金的使用范围，应用前景广阔。
【具体实施方式】
[0008](I)按照重量百分比的元素组成为:Zn 7.5-9.5、Mg 1.9-2.7, Cu 1.2-1.8,Mn 0.4-0.8、Cr 0.3-0.6、Li 0.25-0.45、Nb 0.1-0.2、Fe 0.04-0.08、Si 0.03-0.05、Zr0.06-0.12、In 0.05-0.1、Hf 0.05-0.1、V 0.04-0.08、Bi 0.025-0.035、Nd 0.02-0.03、Tb0.01-0.02，余量为Al进行配料；
(2)将炉料依次投入熔炼炉中在740°C下进行熔炼，待金属完全熔化后调整温度为725°C，加入精炼剂精炼25min，扒渣后静置30min，将合金液体直接浇入铸型中铸造得到合金铸锭；将所得的铸锭以180°C /h升温至380°C，保温4h，再以70°C /h降温至240°C，保温3h，然后以90°C /h升温至410°C，保温4h，再以60°C /h降温至270°C，保温2h，然后以1200C /h升温至510°C，保温7h，再以140°C /h降温至220°C，保温3h，然后以120°C /h升温至480°C，保温5h，再以100°C /h降温至250°C，保温3h，然后放入2°C冰盐水中水淬至50°C以下；取出合金以50°C /h升温至95°C，保温16h，再以60°C /h升温至210°C，保温10h，再以50°C /h降温至105°C，保温12h，空冷至室温，然后以90°C /h升温至175°C，保温10h，再以45°C /h降温至85°C，保温18h，空冷至室温，然后以50°C /h升温至85°C，保温15h，再以600C /h升温至195°C，保温10h，空冷至室温即可。
[0009]上述精炼剂的制备方法如下:a.称取以下重量(kg)的原料:氯化钠12、氯化钾8、碳酸钠4、氟化镁6、氟硅酸钠4、赤泥8、草木灰3、冰晶石10、白云石6、硅藻土 5、重晶石8 ;b.将上述冰晶石、白云石、硅藻土、重晶石混合均匀，粉碎过200目筛，然后加入适量的水湿法球磨24h，120°C干燥lh，再在810°C煅烧20min，升温至1240°C继续煅烧lh，水淬，湿法球磨，烘干，过300目筛，待用；c.将氯化钠和氯化钾混合均匀，加热至820°C，待其全部熔融后，加入其余原料以及步骤b制得的粉末，搅拌25min，然后倒入冰水中冷淬，得到破碎的颗粒，湿法球磨，烘干，过300目筛即可。
[0010]经检验，制得的铝合金化学成分为:Zn 9.24%、Mg 2.48%、Cu 1.53%、Mn 0.67%、Cr0.48%、Li 0.37%、Nb 0.14%、Fe 0.071%、Si 0.046%、Zr 0.089%、In 0.072%、Hf 0.066%、V0.074%、Bi 0.029%,Nd 0.025%,Tb 0.017%，余量为 Al ;力学性能为:抗拉强度 781MPa，屈服强度664MPa，伸长率15.6%。
【主权项】
1.一种航空航天用高强高抗应力腐蚀铝合金，其特征在于，由以下重量百分比的元素组成:Zn 7.5-9.5、Mg 1.9-2.7、Cu 1.2-1.8、Mn 0.4-0.8、Cr 0.3-0.6、Li 0.25-0.45、Nb 0.1-0.2、Fe 0.04-0.08、Si 0.03-0.05、Zr 0.06-0.12、In 0.05-0.1、Hf 0.05-0.1、V0.04-0.08、Bi 0.025-0.035、Nd 0.02-0.03, Tb 0.01-0.02，余量为 Al。
2.如权利要求1所述的航空航天用高强高抗应力腐蚀铝合金的制备方法，其特征在于包括以下步骤:按上述元素组成进行配料，将炉料依次投入熔炼炉中在730-760°C下进行熔炼，待金属完全熔化后调整温度为715-735°C，加入精炼剂精炼20-30min，扒渣后静置20-30min，将合金液体直接浇入铸型中铸造得到合金铸锭；将所得的铸锭以150-200°C /h升温至360-400°C，保温3-6h，再以60-80°C /h降温至220_260°C，保温2_3h，然后以80-100°C /h 升温至 380-420°C，保温 3_6h，再以 50_70°C /h 降温至 250_280°C，保温 2_3h，然后以 100-150°C /h 升温至 495-515°C，保温 5_10h，再以 120_160°C /h 降温至 210_240°C，保温2-3h，然后以100-150°C /h升温至470-490°C，保温4-8h，再以80-120°C /h降温至240-260°C，保温3-4h，然后放入0_5°C冰盐水中水淬至50°C以下；取出合金以40_50°C /h 升温至 85-95 °C，保温 14-18h，再以 50_60°C /h 升温至 190_210°C，保温 10_15h，再以45-55 °C /h降温至95-105 °C，保温12_16h，空冷至室温，然后以80_90°C /h升温至160-180°C，保温10-15h，再以40-50°C /h降温至80_90°C，保温15_20h，空冷至室温，然后以40-50 V /h升温至75-85 V，保温15_20h，再以50-60 V /h升温至175-195 V，保温10-15h，空冷至室温即可。
3.根据权利要求2所述的航空航天用高强高抗应力腐蚀铝合金的制备方法，其特征在于，所述精炼剂的制备方法如下:a.称取以下重量份的原料:氯化钠10-15、氯化钾5-10、碳酸钠3-6、氟化镁4-8、氟娃酸钠3-6、赤泥5-10、草木灰2_4、冰晶石8_12、白云石5_10、硅藻土 4 - 8、重晶石5 -10 ; b.将上述冰晶石、白云石、硅藻土、重晶石混合均匀，粉碎过200-300目筛，然后加入适量的水湿法球磨12-24h，110_120°C干燥l_2h，再在760_820°C煅烧20-30min，升温至1200-1250°C继续煅烧l_2h，水淬，湿法球磨，烘干，过200-300目筛，待用；c.将氯化钠和氯化钾混合均匀，加热至810-840°C，待其全部熔融后，加入其余原料以及步骤b制得的粉末，搅拌20-30min，然后倒入冰水中冷淬，得到破碎的颗粒，湿法球磨，烘干，过200-300目筛即可。
【专利摘要】本发明公开了一种航空航天用高强高抗应力腐蚀铝合金及其制备方法，其由以下重量百分比的元素组成：Zn7.5-9.5、Mg1.9-2.7、Cu1.2-1.8、Mn0.4-0.8、Cr0.3-0.6、Li0.25-0.45、Nb0.1-0.2、Fe0.04-0.08、Si0.03-0.05、Zr0.06-0.12、In0.05-0.1、Hf0.05-0.1、V0.04-0.08、Bi0.025-0.035、Nd0.02-0.03、Tb0.01-0.02，余量为Al。本发明通过合理调整Zn、Mg的含量，添加适量的Zr、In、Cr、Nd、Tb等元素,形成多元铝化物弥散相,有效抑制Al-Zn-Mg-Cu合金的再结晶,保持形变回复组织,显著提高合金的强度、断裂韧性和抗应力腐蚀性能。本发明制得的铝合金材料不仅具有很高的强度和韧性，还具有优异的抗应力腐蚀性和耐疲劳性，延长了铝合金的使用寿命，拓宽了铝合金的使用范围，应用前景广阔。
【IPC分类】C22C1-06, C22C21-10, C22F1-053
【公开号】CN104862556
【申请号】CN201410065472
【发明人】胡蔚
【申请人】成都智利达科技有限公司
【公开日】2015年8月26日
【申请日】2014年2月26日